浅析输电线路“三跨”施工在线雷达测距及监控设备的研究及应用

李 欣 朱培能 祝 勇

（湖南省送变电工程有限公司，湖南 长沙 410000）

随着我国交通及电网的不断发展及运维改造，使得输电线路不可避免跨越高速铁路、高速公路和重要输电通道区段，“三跨”施工日益频繁，跨越情况更加复杂，往往会因为工程施工的地点、施工时间及环境（跨高铁施工一般在凌晨，施工环境光线差）、任务紧迫性、特殊性等原因，对跨越施工提出了更高的要求，架线施工及投运后的断线跌落事故将造成不可估量的后果。以往传统的“三跨”施工方案已经不能满足新的进度和安全性要求。其中在施工时各类线、索对跨越网（架）的安全距离监测是“三跨”施工中的薄弱环节。

输电线路“三跨”施工中各类线、索对跨越网（架）的安全距离监测成为施工中的薄弱环节。针对这一点，我们拟引入并改进一套在线雷达监控测距设备，安装在跨越网（架）上，实时测量安全距离及传输动态画面，通过信号的传输，实时在线监测线、索在拖放过程中每根线、索高度变化的实时数值，依托设置报警距离阈值，提醒工程牵张场指挥发出正确指令。通过本项目的研究，旨在为今后“三跨”施工提供更科学、直观和便捷的现场可视化管控系统。

1 目前现状

1.1 施工方法现状

结合我公司输电线路工程跨越施工经验，在常规跨越施工中，大部分采用空中织网或者搭设跨越架方式对被跨越物进行防护，个别情况下通过“牵引管”等特殊放线方法进行“裸奔”（即不对被跨物采取任何防护措施，仅通过加强牵张系统自身的安全性来保障被跨物的安全）放线作业。

传统的跨越施工方法在处理跨越处信息监控时，往往是安排施工人员通过肉眼来进行观测，并经过经验判断发出指令信息，信息通信渠道采用的是电台通信技术（如对讲机），通信存在局限性和信号不稳定性。

1.2 设备应用现状

（1）测距技术。目前较常用的技术有常规雷达波、毫米雷达波、红外线、激光等测距技术手段。通过技术、经济、应用效果等方面的对比，红外激光测距技术已在线路“防外破”方面有所应用。

（2）通信传输技术。较常见的通信技术有微波通信、网桥传输、 电台通讯、 4G网络传输等通讯技术， 经研究对比，确定“网桥传输+4G网络”结合方式能很好地适应线路“三跨”施工在山区、野外环境通常无4G信号下的通信特点。

（3）软、硬件整合研究。目前市场上在视频监控、测距、通信传输方面等均有大量的设备可供选用，但尚无一套直接能用于线路“三跨”施工的在线检测测距及即时通信设备。

在此基础上，我们通过充分的市场调研，拟通过引进以上这些应用的硬件，通过整合及二次组合软件开发，使之具有适应输电线路“三跨”施工应用，旨在为输电线路“三跨”施工提供一种新的远程监控手段，以期提高“三跨”施工安全性及施工效率，为线路“三跨”安全施工提供可靠的技术支撑。

2 在线雷达测距及监控设备的研发

2.1 设备组成

由视频采集监控装置、激光雷达测距装置和无线通信链路装置组成。

2.2 主要实现目标

将监控装备安装于架（网）上的接近点（一套设备）或者接近区域（多套设备组合），对上方通过的线、索进行安全距离测量、视频监测，并同步形成数据传输链路，通过终端接收器，即可获得监测设备视频画面及监测数据结果，并实时提供语音提示和报警数据。

2.3 关键技术的应用

（1）无线自组网+4G数据传输技术。无线自组网是由移动主机通过无线连接形成的自主网络系统。作为一种无中心分布控制网络，它没有基站，中心转发装置也不需要任何骨干网络的支持，各移动主机本身就充当路由器，具有路由和转发信息等功能。源和目标之间有时需要多个主机从中转发。无线自组网也可以通过专用网关节点连接到固定骨干网上，实现与因特网的连接。

（2）激光雷达传感器测距技术。激光雷达-光感测距技术是一种遥感技术，通常使用脉冲激光束对周围环境进行扫描，并且测量信号从扫描对象返回到检测器的时间。激光时间测距原理可用于测量从一米到几公里的距离。为了增加激光雷达系统的测量范围，可以使用不可见的近红外激光脉冲。这些激光器的功率远远高于连续波激光器，同时也是符合人眼安全要求的激光功率。在扫描过程中，激光雷达系统将扫描各个距离点，根据这些点则可以计算出周围环境的3D图像。

（3）无线视频采集、压缩及编解码技术。前端视频/图像监控采集系统使架空线路施工过程于可视监控之中，系统利用数字视频压缩技术、低功耗技术、GPRS/CDMA/3G/4G无线通信技术、太阳能供电技术，实时监测现场周围环境情况，施工管理人员可以远程查看放线施工现场的监控图像或报警联动上传的图像信息，从而实现对架空线路放线施工过程及环境全天候实时在线监测。

3 实施方案及现场应用

3.1 实施方案

通过上述研究，我们将视频采集系统、激光雷达传感器测距系统、 通信传输系统三个系统融合用于“三跨”施工，监测各类线、 索对跨越架（网）的安全距离。将视频采集系统、测距监控报警装置安装于架（网）上的接近点或者接近区域（多套设备组合），对上方通过的线、索进行接近距离监测和视频监控；通信传输装置安装在放线区段的各个塔位，形成数据传输链路，实时传输监控数据，通过终端接收器，即可获得监测设备画面及监测数据结果，并及时进行语音信息提示和报警。

3.2 系统组成

根据上述背景及功能要求，我们采用固态激光感器测量方案来进行实施，实现通过的线、索高度的测量，主机再通过数据采集通道将传感器数据采集分析，通过主控芯片设置算法与参数判定，按用户需求将告警参数及对应的告警事件、实时数据通过LORA（自组网）无线通信技术传送至管理平台，LORA（自组网）无线通信技术可实现可视5 km、半遮挡3 km传输距离；管理平台安装LORA（自组网）数据接收终端，将现场传感器数据及报警数据及视频画面存储或通过以太网发送给牵张场指挥人员。具体传感器部分技术实现如下：

激光测距传感器的工作原理：（1）发射激光脉冲；（2）记录回波讯号； （3）距离测量； （4）检索平面位置和高度； （5）精确计算回波位置； （6）激光雷达传感器也被称为激光扫描，能在低对比度或阴暗的情况下、甚至是夜晚进行运作。

八线固态激光传感器是一种紧凑的固态激光雷达，可在8个独立部分提供高精度的多目标检测。检测目标在100 m范围内，而重量只有75 g，使用了固定的激光光源，从而显著提高了传感器的稳定性和成本效益。传感器具有较高的抗噪声和抗干扰能力。这意味着它不受其他传感器的信号影响，也不受包括阳光直射在内的照明条件影响，并且可以在各种天气条件（包括雨雪）下提供可靠的检测。

3.3 现场应用

我们将整套设备用于郴州蓉城-西水220 kV线路工程跨越京广高铁施工中，具体实施方法如下：

（1）在搭设好的跨越架顶端安装两台激光测距传感器，对准各类线、索运行方位，并设定好报警阈值，链接系统后即进入工作状态。

（2）将视频采集装置安装与跨越档塔上，镜头扫描范围中心对准跨越网（架），在操作终端（显示终端）即可进行自动调焦等操作。

（3）在跨越塔至控制点（张力场）之间视地形等因素影响每座或间隔一座塔位安装一台网桥传输信号中继器，保持通信信号的畅通。

（4）终端接收器（控制器）操作简单，通过鼠标即能完成全部操作。放线指挥者通过此套设备能实时监测牵引绳、导线等是否进入跨越档安全距离内，当进入安全距离内时能在牵张场实时发出警报，施工指挥人员立即作出相应响应，动态控制牵张设备的操作，确保了跨越施工的安全进行。

4 结语

（1）“三跨”施工在线雷达测距及监控设备可以替代肉眼或经纬仪观测线、索对跨越网（架）安全距离的监视，提高观测结果的准确性和实时性。

（2）实时监测和结果显示，并将监测结果展示在现场负责人面前，提高施工现场的指挥、响应速度。

（3）研究成果应用于“三跨”放线施工，将大大提高架空线路放线施工作业的安全性。